Undersøgelse hjælper med at bevise galakseevolutionsteori

Alle har en baghistorie, selv vores egen Mælkevejsgalakse. Og ligesom sociale medier, billedet er ikke altid så smukt, som det ser ud på den aktuelle overflade, siger Texas A&M University astronom Casey Papovich.

Papovich bemærker, at store diskgalakser som vores egen Mælkevej ikke altid var de velordnede, pinwheel-lignende, spiralstrukturer, vi ser i universet i dag. Tværtimod, han og andre internationale eksperter, der specialiserer sig i galaksedannelse og -evolution, mener, at for omkring 8-10 milliarder år siden, forfædre til Mælkevejen og lignende disk/spiralgalakser var mindre og mindre organiserede, dog meget aktive i deres ungdom.

I tidligere NASA og National Science Foundation-finansieret forskning, Papovich og hans samarbejdspartnere viste, at disse yngre udgaver af sådanne galakser fremkaldte nye stjerner hurtigere end på noget andet tidspunkt i deres levetid, tyder på, at de må være forbløffende rige på stjernedannende materiale. Og nu, de har overbevisende beviser - den galaktiske ækvivalent til en rygende pistol.

Ved at bruge National Radio Astronomy Observatory's Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) - en enorm, meget sofistikeret radioteleskoparray placeret på 16, 500 fods højde i Chiles høje ørken - et Papovich-ledet hold af astronomer studerede fire meget unge versioner af galakser som Mælkevejen, der er 9 milliarder lysår væk, hvilket betyder, at holdet kunne se dem, som de så ud for cirka 9 milliarder år siden. De opdagede, at hver galakse var utrolig rig på kulilte - et velkendt spor af molekylær gas, som er brændstoffet til stjernedannelse.

Holdets resultater er rapporteret i et papir sendt til arXiv og forventes at blive offentliggjort i det første nummer af Natur astronomi i januar.

"Vi brugte ALMA til at opdage ungdomsversioner af Mælkevejen og fandt ud af, at sådanne galakser faktisk har meget større mængder molekylær gas, som ville sætte gang i hurtig stjernedannelse, " sagde Papovich, hovedforfatter på papiret og medlem af George P. og Cynthia Woods Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy. "Jeg sammenligner disse galakser med et ungt menneske, der indtager enorme mængder mad for at sætte skub i deres egen vækst i deres teenageår."

Ud over Papovich, forskerholdet omfatter også andre Texas A&M-astronomer Ryan Quadri og Kim-Vy Tran, samt astronomer fra Leiden Observatory i Holland, Swinburne University og Macquarie University i Australien, National Optical Astronomy Observatory (NOAO), University of Texas i Austin, Lyon Observatory i Frankrig og Max Plank Institute for Astronomy i Tyskland.

Selvom den relative overflod af stjernedannende gas er ekstrem i disse galakser, Papovich siger, at de endnu ikke er fuldt dannede og ret små sammenlignet med Mælkevejen, som vi ser den i dag. De nye ALMA-data indikerer, at langt størstedelen af ​​massen i disse galakser er i kold molekylær gas snarere end i stjerner - en situation, som Papovich siger, er omvendt i øjeblikket i vores Mælkevej, hvor massen i stjerner opvejer massen i gas med en faktor på 10 til 1. Disse observationer, han bemærker, hjælper med at opbygge et komplet billede af, hvordan stof i galakser i Mælkevejsstørrelse udviklede sig, og hvordan vores egen galakse blev til.

"De fleste stjerner i dag findes i galakser som Mælkevejen, så ved at studere, hvordan galakser som vores egne blev dannet, vi er kommet til at forstå de mest typiske placeringer af stjerner i universet, " sagde Papovich, medlem siden 2008 af Texas A&M Department of Physics and Astronomy, hvor han er medejer af Marsha L. '69 og Ralph F. Schilling '68-lærestolen i eksperimentel fysik. "Vores nuværende forskning viser, at galakser med Mælkevejen ser ud til at akkumulere det meste af deres gas i løbet af deres første par milliarder års historie. På det tidspunkt, de har det meste af det brændstof, de har brug for til at producere de stjerner, de i øjeblikket omfatter i nutiden."

Tilstedeværelsen af ​​omfattende gasreservoirer understøtter holdets tidligere observationer, der gav de første håndgribelige billeder, der viser den hidtil usete livshistorie om Mælkevejens galakseudvikling. Blandt andre detaljer, deres tidligere undersøgelse afslørede en stjernefødselsrate 30 gange højere end den er i Mælkevejen i dag - omkring én om året, sammenlignet med omkring 30 hvert år for 9,5 milliarder år siden.

"Takket være ALMA og andre innovative instrumenter, der giver os mulighed for at se 9 milliarder år ind i fortiden for at analysere galakser, der sandsynligvis ligner stamfaderen til vores egen Mælkevejsgalakse, vi kan faktisk bevise, hvad vores observationer viser, " sagde Papovich.

Papovich og hans team er for nylig blevet tildelt mere konkurrencedygtig tid med ALMA til at studere temperaturen og tætheden af ​​den stjernedannende gas, giver dem mulighed for at måle og kortlægge dets overgange og faser og ideelt set de relaterede påvirkninger i galakserne.

"Dette vil begynde at fortælle os, hvordan disse galakser dannede stjerner i et så hurtigt tempo, i forhold til nuværende forhold, " han sagde.

Papovich, Quadri og Tran er blandt omkring to dusin astronomer rundt om i verden, som har brugt år på at studere omhyggeligt udvalgte fjerne galakser, der i masse ligner stamfaderen til vores egen Mælkevej, som blev fundet i to dybe himmelprogramundersøgelser af universet, Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS) og FourStar Galaxy Evolution Survey (ZFOURGE). Ud over ALMA, holdets forskning har brugt observationer fra NASAs Hubble- og Spitzer-rumteleskoper og Den Europæiske Rumorganisations Herschel-rumobservatorium. Hubble-billederne fra CANDELS-undersøgelsen gav også strukturelle oplysninger om galaksestørrelser, og hvordan de udviklede sig. Langt infrarøde lysobservationer fra Spitzer og Herschel hjalp astronomerne med at spore stjernedannelseshastigheden.

Holdets papir, Store molekylære gasreservoirer i forfædre til mælkevejsmassegalakser for 9 milliarder år siden, kan ses online sammen med relaterede billeder og billedtekster.